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4.3 – Réplication
de l’ADN
SBI 4U
Dominic Décoeur
Introduction
 Structure
et réplication de l’ADN
http://fr.encarta.msn.com/media_70
1767208/Structure_et_r%C3%A9plic
ation_de_l'ADN.html
Introduction
 Avant
qu’une cellule se divise, il faut
que son ADN se réplique exactement
de sorte que la cellule puisse
transmettre des copies identiques de
ses gènes à chacune des cellules
filles.
 Le
processus de réplication de l’ADN
établit l’équilibre entre le besoin de
rapidité et le besoin de précision.
Introduction



Par exemple, imagine qu’on te demande de
taper des codes d’une lettre pour chacune des
milliards de bases présentées dans le génome
(somme de tous les ADN dans les cellules de
l’organisme) d’une seule cellule humaine. Si tu
tapes 60 mots à la minute sans jamais arrêter,
cela te prendrait plus de 30 ans pour terminer
la séquence.
Une cellule met seulement quelques heures à
peine pour copier le même matériel.
Le taux d’erreur lors de la réplication est
d’environ 1 erreur pour 1 milliards de
nucléotides.
Les théories avancées

Les 3 principales théories avancées pour
la réplication d’ADN:
 Conservatrice
: formation de 2 nouveaux brins fils à
partir des matrices parents et ces nouveaux brins
s’unissent ensuite pour créer une nouvelle double
hélice.
 Semi-conservatrice
: chacune des molécules d’ADN
filles se compose d’un brin parent et d’un nouveau
brin.
 Dispersive
: les molécules d’ADN parents sont
décomposées en fragments et les 2 brins d’ADN dans
chacune des molécules filles sont constitués d’un
assortiment d’ADN parental et de nouvel ADN.
Les théories avancées
Modèle conservatif
Modèle semi conservatif
Modèle dispersif
L’ADN : un modèle semi-conservatif
À partir d'une molécule, on en obtient deux parfaitement identiques.
Chacune des deux nouvelles obtenues est formée d'un brin de la
molécule d'origine et d'un nouveau brin assemblé à partir des
nucléotides ajoutés. C'est ce qu'on a appelé un mode de reproduction
semi-conservatif.
Animations
 La
réplication de l’ADN
http://www.courses.fas.harvard.edu/
%7Ebiotext/animations/replication1.
swf
http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072437316/student_
view0/chapter14/animations.html
Processus de réplication
 Le
processus de réplication se fait en
trois phases :
L’activation
L’élongation
L’achèvement
L’activation



Cette séquence est reconnue par un groupe
d’enzymes qui se lient à l’ADN au début et séparent
les 2 brins pour ouvrir une bulle de réplication.
L’ouverture de la bulle se fait à l’aide de l’ADN
hélicase. Ces enzymes coupent les liaisons H et
déroulent de courts segments d’ADN juste avant la
fourche de réplication.
L’ADN hélicase agit un peu comme la
tirette d’une fermeture éclaire qui
sépare les deux parties de la fermeture.
L’activation
 Une
fois la bulle ouverte, les
molécules d’un enzyme appelé ADN
polymérase s’insèrent dans l’espace
entre les 2 brins.
 Ils
commencent à ajouter un
nucléotide à la fois afin de créer un
nouveau brin complémentaire du
brin matrice existant.
L’activation



Il faut que l’hélice soit déroulée afin que les
chaînes de nucléotides servent de matrice
pour la formation de nouveaux brins.
L’endroit où l’hélice est déroulée et où les
nouveaux brins se développent s’appellent les
fourches de réplication. La vitesse
d’assemblage des nucléotides à chaque
fourche est de l’ordre de 100 nucléotides à la
seconde.
On retrouve une fourche à chaque extrémité
d’une bulle de réplication.
L’élongation

Il y a 2 conditions au processus
d’élongation :
 La
réplication a seulement lieu dans le sens 5`→ 3`.
 Un court brin d’ARN primase, ou amorce, doit être
libre pour servir de nouveaux nucléotides.


Les fragments d’Okazaki apparaissent
pendant l’élongation du brins d’ADN fils
qui se construit forcément dans la
direction 3`→ 5`(du brin d’origine).
L’ADN polymérase synthétise ces courts
segments d’ADN dans le sens 5`→ 3`puis
les segments sont collés ensemble à l’aide
de l’ADN ligase.
L’élongation

La réplication se déroule de manière
différente d’un brin à l’autre.
 Brin
principal : ce brin est répliqué sans
interruption dans le sens 5` → 3` et des
nucléotides s’ajoutent régulièrement le long
du brin fils. Ce brin suit toujours la fourche
de réplication.
 Brin
secondaire : un enzyme (ADN ligase)
colle les fragments ensemble, ce qui
catalyse la formation des liaisons phosphate
entre les nucléotides. Il se forme beaucoup
plus lentement que le brin principal.
L’élongation


Dans la cellule, l'ADN, après avoir été
séparé en deux brins par l'hélicase, se
déroule sur une certaine longueur. L'ADN
polymérase assemble alors, au fur et à
mesure que la molécule se sépare, le brin
complémentaire 5' - 3' (celui qui s'apparie
au brin d'origine 3' - 5').
Lorsqu'une certaine longueur d'ADN a été
séparé en deux brins, une autre ADN
polymérase commence à assembler, dans
le sens contraire, le brin complémentaire
de l'autre partie.
L’élongation



Sur le brin d'origine 3' - 5' (celui du haut sur
image), le nouveau brin s'assemble au fur et à
mesure que l'ADN est séparé en deux brins.
Sur l'autre brin d'origine, le 5 ' - 3' (celui du bas
sur l'image), le nouveau brin s'assemble dans la
direction contraire de l'autre nouveau (de droite à
gauche sur l'image).
Au fur et à mesure que s'ouvre l'ADN, une ADN
polymérase assemble dans la direction 5' - 3' un
court fragment d'Okazaki. Le brin d'origine 5' - 3'
est donc copié petit bout par petit bout par
plusieurs ADN polymérases différentes.
L’élongation



Le schéma présenté plutôt n'est pas encore tout
à fait fidèle à la réalité. Il manque encore quelque
chose, les amorces (ARN primase).
L'ADN polymérase ne peut fonctionner que si elle
se fixe d'abord sur une amorce. Cette amorce est
formée d'un court segment d'ARN
complémentaire à un segment du brin à copier.
L'amorce mesure environ une dizaine de
nucléotides. Partout où se forme une amorce,
une ADN polymérase peut commencer à
assembler des nucléotides.
L’élongation



C'est une autre enzyme, la primase qui sert à
assembler ces amorces. Dès qu'une amorce est
assemblée, l'ADN polymérase peut commencer
son travail.
À la fin de la synthèse du brin complémentaire,
une enzyme, l'ADN polymérase remplace les
ribonucléotides des amorces par des
désoxyribonucléotides (les A, T, C et G de l'ADN).
Le brin d'ARN que formait l'amorce est donc
remplacé par un brin d'ADN.
Une dernière enzyme, l'ADN ligase vient rattacher
les uns aux autres tous ces segments.
L’achèvement




Dès que les nouveaux brins sont terminés, les molécules
d’ADN s’enroulent automatiquement pour retrouver leur
structure hélicoïdale chimique stable.
Cependant, la synthèse d’ADN entraîne un nouveau
problème à chaque extrémité du chromosome linéaire.
L’ADN polymérase coupe une amorce d’ARN d’un
fragment d’Okazaki, l’espace est comblé par l’addition de
nucléotide à l’extrémité 3` du fragment d’Okazaki
adjacent.
Lorsque l’amorce d’ARN est coupée à l’extrémité 5` des
molécules d’ADN, il n’y a pas de chaîne de nucléotide
adjacente avec une extrémité 3` disponible pour
combler l’espace. Le résultat est que les molécules
d’ADN sont un peu plus courtes que leur matrice parent.
L’achèvement




En 1, afin d’obtenir un brin
complémentaire à l’original, il
est nécessaire d’avoir une
amorce (ARN primase) afin de
débuter la réplication.
En 2, la réplication a
commencé.
En 3, l’amorce ARN est
supprimée laissant
potentiellement un «trou» par
lequel l’ADN pourrait être
dégradé.
En 4, l’extrémité du télomère
se recourbe pour faire une
extrémité en « épingle de
cheveux », comme dans la
figure précédente.
L’achèvement
Schéma d’un télomère en épingle : Le fragment 5’ se termine
normalement. En [1], le fragment 3’ se recourbe en épingle.
Les guanines [2] se combinent entre elles par une
modification de leur configuration des sucres associés.
L’extrémité est ainsi protégée.
L’achèvement



Chaque réplication entraîne la perte d’ADN
chez les cellules eucaryotes.
La perte de matériel génétique entraînée
par chaque division cellulaire pourrait être
désastreuse car le matériel perdu pourrait
contenir des codes pour des activités
essentielles aux fonctions cellulaires.
Des parties appelées télomères servent de
zone tampon. Elles sont des extensions
des séquences de nucléotide très
répétitives et riche en nucléotides G.
L’achèvement



Les télomères, ou extrémités des
chromosomes, sont indispensables pour
préserver l’intégrité du matériel génétique au
cours du cycle cellulaire.
Ils se composent de séquence TTAGGG et
permet d’éviter la perte de matériel
génétique.
L’érosion de la télomère peut entraîner la
mort de la cellule et l’extension des télomères
allonge la durée de vie de la cellule.
La vérification et la correction


Après qu’un nucléotide s’ajoute à un nouveau
brin d’ADN, l’ADN polymérase peut
reconnaître s’il y a ou non une liaison
hydrogène entre les paires car l’absence de
liaison d’hydrogène signale un mauvais
jumelage entre les bases.
La polymérase coupe alors la mauvaise base
du nouveau brin et ajoute le bon nucléotide
en utilisant le brin parent comme matrice.
Alors, on peut mentionner qu’il vérifie le bon
appariement des bases azotées.
Animations




http://www.cegep-stefoy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/nya/genetiq
ue/notesadn/DNA_replication.mov
http://bcs.whfreeman.com/mga2e/pages/bcsmain.asp?v=category&s=003&n=37&i=75.2&o=|
14|26|37|&ns=0
http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.fr.html
http://strangepaths.com/replication-deladn/2007/07/03/fr/
Devoirs


p. 240
(3, 5, 6, 7)
p. 241 à 246 :




Faire la lecture par vous-même.
Définition des termes suivants : gène, génome, séquences
régulatrices, familles multigéniques
p. 246
(1, 3, 4, 6)
p. 247-248
(2, 3, 4, 8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 28)
 Vérifier
:
http://nhscience.lonestar.edu/biol//b
io1int.htm#dna